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1、压力容器设计培训,内容,压力容器中的介质与特性压力容器的安全附件 基本概念的介绍 相关理论知识介绍 压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类（HG20660）固定式压力容器安全技术监察规程安全附件,压力容器中的介质与特性,为什么要讲介质的特性与分类,压力容器的使用范围广、数量大、而且各种容器发生事故所产生的危害的严重程度也不一样。为了严格控制重要容器的产品质量，有区别地对安全要求不同的压力容器进行技术管理和监督检查，防止发生重大事故，有必要在压力容器的设计、制造和日常使用中的定期检验与上报等主要环节上实行分级（类）监督与管理。压力容器安全的重要程度取决于压力容器的工作压力的高低、介质的危险
2、程度以及在生产中的重要作用。为了保障压力容器的正常、可靠工作，遵照规程要求需要对化学介质的毒性、易燃易爆等介质特性进行分类,规程.适用范围,工作压力.；.*；盛装介质为气体、液化气体以及最高工作温度其标准沸点的液体；注：工作压力：正常工况，顶部可能达到的最高压力（表压力）；：扣除内件的体积；盛装液体介质的时候，注意工作温度下的蒸汽压，气相空间的是否大于.*,.压力容器范围的界定规程界定范围为压力容器的本体和安全附件；.安全附件的种类（后续）.类别的划分依据：危险程度。,介质分组,分组基础：压力容器的介质-气体、液化气体、最高工作温度高于或等于标准沸点的液体。第一组：毒性程度-极度危害、高度危害
3、的化学介质；易爆介质；液化气体第二组：第一组以外的,介质的危害性,生产过程中，因为事故，介质与人体大量接触-导致危害发生爆炸-导致危害经常性的泄漏引起职业性的慢性危害-导致危害危害表示：介质毒性程度、爆炸危害程度,毒性程度,考虑方面：急性毒性、最高容许浓度、职业性慢性危害；指标：极度-0.1mg/m3、高度-0.1-1.0mg/m3 中度、轻度-10.0mg/m3,易爆介质,爆炸混合物-气体、液体蒸汽或薄雾 和空气的混合物指标：爆炸限-10%,上下限差值=20%易爆介质由原容规易燃介质修正过来，内涵一致，和GB5044、HG20660-2000不相统一,介质毒性危害程度和爆炸危害程度的确定,H
4、G20660-2000压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类；没有规定的，由压力容器设计单位决定；决定依据，参照职业性接触毒物危害程度分级的原则,类别的划分,基本的划分划分依据：介质的特性，方法根据介质特性确定组别；根据确定对应组别的坐标；,多腔容器：按类别高的压力腔确定类别同腔混合介质，按组别高的介质划分含量极少的混合介质：根据危害程度、含量，由压力容器设计单位确定特殊情况：分类线上，就高不就低,二、相关概念：压力、介质的毒性、燃烧、爆炸等,压力（压强）、表压力（真空度）。工程上，习惯将垂直作用于单位面积上的力称为压力。但是，按照物理学的概念，压力只是指垂直作用于物体表面的力，而垂直作
5、用于物体单位面积上的力则应称为压强。压强的单位有三种：直接按压强的定义，压强是单位面积上的压力，间接地以流体柱高度表示，以大气压作为计量单位。,气体压强的基准 气体压强的大小常以两种不同的基准来表示：一是绝对真空，另一是大气压强。以绝对真空为基准量得的压强称为绝对压强，以大气压强为基准量得到的压强称为表压或真空度。取名表压，是因为压强表直接测得到的读数，按其测量原理往往就是绝对压强与大气压强之差，即表压=绝对压力一大气压力真空度是真空表直接测量的读数，其数值表示绝对压力比大气压力低多少，即真空度=大气压力一绝对压力,压力来源,压力容器的压力来源可以分为两类，一类是压力在容器外产生或增大的；另一
6、类是压力在容器内产生或增大的。,在容器外产生或增大压力的压力源一般为气体压缩机或蒸汽锅炉。压缩机通过机械方法提高气体压力。容积式压缩机通过缩小气体体积，增加气体密度来提高气体的压力，如，活塞式或螺杆式压缩机即属于此类。速度型压缩机则通过增加气体的流速，并将其动能转变为静压能来提高气体的压力，如，离心式或轴流式压缩机等。因此工作介质为压缩气体的压力容器，其最高工作压力一般不会超过压缩机出口压力。蒸汽锅炉将水加热，并蒸发为水蒸气。蒸汽的比容要比水的比容大得多，如，常压下的水转变为相同压力的饱和水蒸气时，体积约增大1700倍。当水在密闭的锅筒内蒸发时，蒸汽压力将不断增大，直至达到锅炉的排汽压力。因此
7、，工作介质为水蒸气的压力容器，其最高工作压力也只限于锅炉的排汽压力。如果压力容器所需的蒸汽压力小于锅炉的排汽压力，则可通过蒸汽减压阀减压。这种由容器外压力源产生的压力，一般不会突然增大。,压力容器在容器内产生的压力，一般是由于容器内介质的聚集状态发生改变、介质在容器内受热温度剧烈升高，或者是介质在容器内发生体积增大的化学反应。,介质的聚集状态变化，一般为液态或固态物质受热蒸发或分解为气体。蒸发或分解出来的气体，体积大大增加，但因受到容器容积的限制，则使容器内气体压力升高。例如液氨，在0 时的饱和0.4244MPa（绝压），温度40时压力升高至1.534MPa。某些高分子化合物本来为固体，如果受
8、热“解聚”，变为气态的单体分子，也会因体积膨胀而压力急剧升高。例如，固态聚甲醛的比容约为0.7L/kg，当它解聚为气态甲醛时，比容为746L/kg，即体积约增大1065倍。如果在一个密闭的容器内发生这种聚集状态的改变，则会产生很高的气体压力。,气体因温度升高而产生或增大压力的情况相对较少。对理想气体而言，一定质量的气体在体积不变的情况下，温度每升高1压力仅增加它在0时压力的1/273。因此，当气体温度少量升高时，压力增加并不明显。但是，如果由于特殊的原因，使气体温度剧烈升高，则它的压力仍然会大幅度增加。如盛装某些容易产生聚合反应的碳氢化合物的容器，在某一适当的条件下发生聚合反应，产生大量的聚合
9、热，容器内温度大幅度上升，压力也剧烈增高。,如果在密闭的容器内进行体积增大的化学反应，一旦反应失控，反应生成物又未能及时排出，容器内压力就会增高。常见的如碳化钙加水产生乙炔的反应，碳化钙是固体，水为液体，反应生成物乙炔是气体，随着反应的进行，气体体积将迅速增加。假如该反应在密闭的容器内进行，排气管又未打开，容器内压力必将快速上升，甚至会产生超压爆炸。,燃烧：可燃物（气体、液体或固体）与氧或氧化剂发生的伴有放热和发光的激烈的化学反应。燃烧的三要素：可燃物、助燃剂、导致着火的能源。燃点 又称着火点，是指物质（气、液、固）在常压下持续燃烧的最低温度。影响燃点的因素很多，所以测出的燃点只能是近似值，其
10、中氧的浓度是关键因素，在涉及介质为氧气的压力容器时，应给予注意。虽然氧不是易燃介质，而是助燃介质，但在高浓度氧环境下，许多非易燃介质都会转变成易燃介质。在压力容器制造过程中，曾经多次发生过为解决容器内施工人员呼吸困难，将氧气导入容器中引起火灾，导致人员伤亡的事故。按 1990版规程）对压力容器划类的规定，氧气球罐被划为二类容器。须知，在氧气的环境中，几乎没有什么物质是不能够燃烧的。当时各设计院对这个问题的处理方法是按二类进行划类，但按三类压力容器提出相应的制造、检验和验收要求，并且在氧气球罐的布置方面由工艺专业采取了相应的措施。在1990版规程中，将属于钢制球形储罐的球罐统一划为三类压力容器，
11、氧气球罐被划为二类压力容器的问题相应得到了解决，对于氧气储罐的问题应引起注意。,闪点 闪点是指在常压下，在容器液面能够放出足够与空气形成可燃性混合物的蒸气量所需的最低温度。闪点大多数是对液体而言，但是有些固体，如樟脑、萘等在常温也有一定挥发性，所以也有闪点。闪点与燃点不同，闪点略低于燃点。对闪点的测定分为闭杯法（C.C.）与开杯法（O.C.），开杯闪点经常高于闭杯闪点。液体按闪点划分其易燃性：第一级闪点=28=45 第三级闪点45=120 第四级闪点120第一级和第二级的液体称为易燃液体类，第三级和第四级的液体称为可燃液体类。,爆炸。爆炸是一种极其迅速的物理的或化学的能量释放过程。可以分为如下
12、三种：物理爆炸。压力容器破裂时，容器内高压气体急剧膨胀，并以很高的速度释放出内在能量，形成物理爆炸。例的如，一个压力为1MPa、容积为10m3压缩空气储罐，它所产生的冲击波可破坏距其30m 之外的门窗玻璃。从某种意义上讲，化工压力容器的安全性就是其爆破压力与设计压力的比值。化学爆炸。如果容器内的介质是易燃气体（广义的“气体”包含液化气体或最高工作温度高于或等于标准沸点的液体），随着容器的破裂，立即蒸发，并与周围的空气形成可爆性混合气体，遇到容器碎片撞击设备产生的火花或由于高速气流所产生静电作用，会立即发生化学爆炸，即所谓容器的二次爆炸；如果容器内的介质是有毒气体，随着容器的破裂，大量的毒气向周
13、围扩散，可能形成大面积的中毒区域。两次爆炸往往是相继发生的，第二次化学性爆炸的能量常比第一次气体膨胀的能量大得多，它产生的高温燃气向四周扩散，并引起周围可燃物燃烧，可能会造成大面积的火灾。爆轰。物质的燃烧速度极快，达到1000m/s以上时，产生与通常的燃爆根本不同的现象，该现象称为爆轰。,爆炸（燃烧）极限：易燃气体或蒸气能与空气形成可燃的爆炸性混合物，但是，如果蒸气浓度低到某限度以下或者高到某限度以上都不能传播火焰，也就燃烧不起来。这两个限度的蒸气浓度数值就称为爆炸（燃烧）极限，可分为上限与下限，也就是高限与低限，通常用易燃气体或蒸气在空气中的体积百分数（）表示。在两极限之间的浓度就是爆炸（燃
14、烧）范围。如果混合气体正处于下限和上限之间的中间范围，则与靠近上限与下限的混合气体相比，其着火强度和猛烈程度更厉害。爆炸极限在大气压力和温度的正常变化情况下几乎不会变化，湿度增加可以使上限有少许的增大（水蒸气取代了氧气）；温度升高会使易燃范围扩大，即上限提高，下限降低；压力增加对爆炸极限的影响则随每一种气体或蒸气的性质而异。,毒性 毒性是指某种化学毒物引起机体损伤的能力，用来表示毒物剂量与毒性反应之间的关系。毒性大小一般以化学物质引起实验动物某种毒性反应所需要的剂量来表示。气态毒物，以空气中该物质的浓度来表示。所需剂量的浓度愈低，表示毒性愈大。毒性的大小以动物的致死中量表示。职业性接触毒物 指
15、工人在生产中接触以原料、成品、半成品、中间体、反应副产物和杂质等形式存在，并在操作时可经呼吸道、皮肤或经口进入人体而对健康产生危害的物质。,急性口服毒物的半数致死量LD50:用成熟的雌雄性白鼠做试验，经口摄入，在14天内能引起实验动物半数死亡所使用的毒物剂量，结果以每公斤体重的毫克数表示(mg/kg)。急性皮肤接触毒物的半数致死量LD50：在白兔裸露的皮肤上持续接触24小时，在14天内能引起实验动物半数死亡所使用的毒物剂量。结果以每公斤体重的毫克数表示(mg/kg)。急性吸入毒物的半数致死量LC50:用成熟的雌雄性白鼠做试验,连续吸入1小时后，在14天内最可能引起实验动物半数死亡所使用的毒物的
16、蒸汽、烟雾或粉尘的浓度。就粉尘和烟雾而言，试验结果以每升空气中的毫克数表示(mg/l)。就蒸汽而言,试验结果以每立方米空气中的毫升数表示(ml/m3)。V:指20时,标准大气压下的饱和蒸汽浓度以每立方米的毫升数为单位。,三、分级原则职业性接触毒物危害程度分级，是以急性毒性、急性中毒发病状况、慢性中毒患病状况、慢性中毒后果、致癌性和最高容许浓度等六项指标为基础的定级标准。毒性分级原则是依据六项分级指标综合分析，全面权衡，以多数指标的归属定出危害程度的级别，但对某些特殊毒物，可按其急性、慢性或致癌性等突出危害程度定出级别。对某些介质，则按某一突出危害程度（如致癌性）进行分类。,毒性分级依据1急性毒
17、性以动物试验得出的呼吸道吸入半数致死浓度(LC50)或经口、经皮半数致死量(LD50)的资料为准，选择其中LC50或LD50最低值作为急性毒性指标。2急性中毒发病状况是一项以急性中毒发病率与中毒后果为依据的定性指标；可分为易发生、可发生、偶而发生中毒及不发生急性中毒四级。将易发生致死性中毒或致残定为中毒后果严重；易恢复的定为预后良好。3慢性中毒患病状况一般以接触毒物的主要行业中，工人的中毒患病率为依据；但在缺乏患病率资料时，可取中毒症状或中毒指标的发生率。4慢性中毒后果依据慢性中毒的结局，分为脱离接触后，继续进展或不能治愈、基本治愈、自行恢复四级。并可依据动物试验结果的受损病变性质(进行性、不
18、可逆性、可逆性)、靶器官病理生理特性(修复、再生、功能贮备能力)，确定其慢性中毒后果。5致癌性 主要依据国际肿瘤研究中心公布的或其他公认的有关该毒物的致癌性资料，确定为人体致癌物、可疑人体致癌物、动物致癌物及无致癌性。6最高容许浓度主要以TJ36-79工业企业设计卫生标准中表4车间空气中有害物质最高容许浓度值为准。,易爆介质类别的划定：根据规程的规定，易爆危险介质指的是其液体或气体的蒸汽、薄雾与空气混合形成爆炸混合物，且其爆炸下限小于10，或爆炸上限与下限的差值大于等于20的介质。,危害性资料来源职业性接触毒物危害程度分级GB5044-85压力容器中化学介质毒性危害程度和爆炸危险程度分类-HG
19、20660-2000劳动卫生与职业病学1977年7月；化学危险物品手册1983年11月），上海科学技术出版社，有近2000种介质；压力容器介质手册1992年12月，石智豪编，北京科学技术出版社，有102种介质。,设计注意事项：（1）压力容器中的介质为混合物质时，应以介质的组分，并按其毒性程度或易燃介质的划分原则，最好由设计单位的工艺设计或使用单位的生产技术部门提供介质毒性程度或者该介质是否属于易燃介质的依据，无法提供依据时，按其毒性危害程度或其爆炸危险程度最大的介质来确定其危害性。在实际设计工作中，有关部门有时不能提供相关的依据，需要由设备设计人员自行确定，所以对于混合介质，经常是以介质组分中
20、危害程度最大的介质来确定其危害性。注意：不是含量多少，而是危害大小，并应在图样上注明。这是一个容易引起争议的问题，有些人认为，应当按其危害性介质的含量来确定其危害性，进而确定容器的类别。这种想法在理论上是合理的，但在实施中有困难。一来容器中的介质浓度是经常波动的，并且存在介质的积存现象；二来大多数压力容器不可能经常通过化学分析进行成分检测。所以，划类时考虑介质的毒性和易燃性时应按其是否“存在”为依据，而不是以其“含量”的多少依据，责任：含量极小时，最后由设计单位确定容器的类别,（2）从压力容器管理的实用角度而言，HG20660中的“爆炸危险介质”就是规程中的“易爆介质”，老的规程的“易燃介质”
21、，两者的定义相同。规程对易燃介质的定义实质上是指爆炸危险性介质。易燃介质又可分为“易燃液体”和“易燃气体”两类，但如果这样定义一来与规程有出入，二来“易燃液体”的概念在石油化工行业中早有定论，两者差别较大，难以统一。从化工操作常识方面讲，上述的定义与其实际性能有时有一定差别。如，液氨是常用的化工介质，在压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类中被确定为毒性程度为中度危害的化学介质，而非易燃介质（爆炸危险介质）。实际上，液氨既有毒性，又有一定的易燃性。液氨在空气中的爆炸极限为1527，压力容器设计中所涉及的“易燃介质”系指其气体或液体的蒸气、薄雾与空气混合形成爆炸混合物，且其爆炸下限小 于1
22、0，或爆炸上限与下限的差值大于或等于20的介质。显然，液氨介质具有一定的易燃性，但是与“易燃介质”的定义有一定差别。化工生产中曾发生过多起液氨爆炸事故，实际上，许多化工厂都把液氨作为易燃易爆的介质来管理。液氨在压力管道设计中被列入易燃介质，原因是压 力管道安全管理与监察规定划分介质危害性所依托的是GB50160石油化工企业设计防火规范及GBJ16建筑设计防火规范中的相关定义。,（3）各种参考文献中不同毒性指标的对应关系。有时为确定某种介质的毒性，需要查阅各种文献，这时往往会涉及不同的毒性指标对比问题，需要了解其对应关系。如，规程中的“最高容许浓度”与工业企业设计卫生标准中的“车间最高容许浓度”
23、，虽然只差了“车间”二字，单位也相同，但表示的毒性程度不同。具体对比详见表。,（4）有些介质在各标准、规程中评价不一，需要给予特别的注意。如，环氧乙烷在1990版规程中曾被作为易燃介质的例子举出，在毒性介质的举例中没有环氧乙烷，而在后来的毒性标准中环氧乙烷既被列为高度危害毒性介质，又被列为爆炸危险介质，所以在容器划类时，环氧乙烷应按高度危害介质考虑。（5）HG20660的用途有两个：一是确定压力容器的类别；二是确定压力容器的致密性和密封性技术要求。前者与规程的出发点是一致的，后者与规程不大相同，这一点在HG20660中的相应部分已经注明。如，四氯化碳介质在HG20660 中，被列为中度危害介质
24、，当毒性程度分类用于确定压力容器的致密性和密封性技术要求时，四氯化碳、邻甲苯胺、苯被列为高度危害化学介质；氯乙烯、-萘胺被列为极度危害介质。注意标准更新时的变动部分以及标准中的注，往往一些特例在这些地方反应出来。,-,压力容器的安全附件,安全附件的定义：压力容器的安全附件是指为了保障压力容器安全运行，装设在压力容器上或装设在有代表性的压力容器系统上的一种能显示、报警、自动调节或自动消除压力容器运行过程中可能出现的不安全因素的所有附属装置，也可称作压力容器的安全装置。规程列出的安全附件：安全阀、爆破片装置、紧急切断装置、安全连锁装置、压力表、液位计、测温仪表。,一、分类 根据安全附件的作用，按其
25、使用性能或用途可将压力容器的安全附件分为四大类。（1）连锁装置指能依照设定的工艺参数自动调节，保证该工艺参数稳定在一定的范围内的控制机构。连锁装置能起到防止人为操作失误的作用。联锁装置包括紧急切断装置、减压阀、调节阀、温控器、自动液面计、快开门式压力容器的安全联锁装置等。（2）警报装置指压力容器在运行过程中出现的温度、压力、液位、反应物或反应产物配比等出现异常时能自动音响或其他明显报警信号的仪器。如压力报警器、温度监控报警器、液位报警器、化学成分自动分析报警仪。（3）计量显示装置指用以显示容器运行时内部介质的实际状况的装置。如压力表、温度计、液面计、自动分析仪等。（4）安全泄压装置指当容器或系
26、统内介质压力超过额定压力时，能自动地泄放部分或全部气体，以防止压力持续升高而威胁到容器的正常使用的自动装置。如安全阀、爆破片等。在压力容器的安全装置中，最常用而且是最关键的是防止压力容器终极事故（压力容器超压爆炸）的装置：安全泄压装置。它可以说是压力容器安全装置中的最后一道防线。,二、设置原因压力容器设置安全附件的最终目的是为了避免压力容器发生爆破事故。压力容器虽然是一种承压设备，但是每台压力容器都只是按预定的工作压力进行设计的，所以它的壁厚只能允许它承受一定的压力。在这个压力范围内，压力容器可以安全运行，超过了这个压力，压力容器就有可能因过度的塑性变形而遭到破坏，并会由此而造成超压爆炸等恶性
27、重大事故。,压力容器超压的原因:既有由物理因素引起的，如液化气的热膨胀，气体的机械压缩等；也有由化学因素引起，如容器内的燃烧反应，物料的放热或分解反应，化学反应失控等；还有人为因素和零件故障等。1 操作失误或零件破损引起的压力容器超压由于操作失误或零件、附件损坏而直接引起容器内压力显著增大的情况有以下两种。,（1）压力高的气体进入许用压力较低的容器内根据生产工艺的需要，有时候在同一生产系统中的某些环节需要配置工作压力较低的压力容器，而另一些环节则需要配备压力高一些的压力容器；从经济角度去考虑，虽然系统（特别是压力源）是较高压力的气体，但在配备压力低一些的压力容器即能满足工艺要求时，则没有必要花
28、更大的代价去为配套压力源而选择压力较大的压力容器。所有以上两种情况都存在压力源比容器的压力大得多，甚至超出该容器的许用压力，此时必须在压力容器的进口管路上加设减压阀，使压力高的气体经过减压后才压阀管线为主线，旁通管线称作副线），则高压气体可直接进入容器内，若容器没有安全装置（泄压装置）便会造成容器超压甚至因此发生爆炸事故。此类情况多出现在一些多个不同工艺的生产系统共用单套锅炉系统蒸汽的化工、食品、医药、添加剂企业。（2）容器内产生的气体无法排出造成压力不断升高有些因化学反应或液体蒸发而不断产生气体或气体体积不断随反应增大的压力容器，如果出口阀损坏、失灵或因误操作而被关闭等，压力容器内的压力将不
29、断增大。同样，若容器没有安全泄压装置，则会造成容器超压，严重时也会发生爆炸事故。此类情况多发生于一些通过自调阀调节容器内部反应压力或蒸汽压力的反应容器或蒸馏容器中。,2 装满液体后容器因液体受热膨胀而超压盛装液化气的容器过量充装，使在较低充装温度充装时容器被液体所装满，由于液体不可压缩（压缩系数很小），但其体胀系数却较大，故当容器内的温度受环境的影响稍有升高时，压力即急剧增大。这类事故多见于气瓶等一类小型盛装容器中。,3 容器内燃烧爆炸急剧生成高温高压气体可燃介质（气态、液态或固态）在适宜条件下，可以在容器内发生燃烧、爆炸等激烈的氧化反应而使容器内的气体被加热而导致容器内压力急剧上升造成容器超
30、压或爆炸。主要有如下情况。,（1）容器内发生燃烧反应压力容器内若同时存在可燃介质（固体或液体）和助燃气体（空气或氧气），则在一定条件下会迅速燃烧（氧化反应）产生大量的燃烧热，使容器内的气体受热膨胀，压力急剧上升而造成容器超压甚至爆炸。这类内部介质燃烧进行的速度稍慢，容器破裂前常有比较明显的塑料变形。壳体破裂后一般也没有碎片。这些可燃物一般是杂物或残留物，残留在工作介质为助燃气体（空气或氧气）的压力容器中，常不为人所注意。在助燃气体环境中的可燃物往往不需要火燃，在温度稍高的环境下即可以自燃。,（2）容器内混合气体爆炸若工作介质为可燃性气体的压力容器中混入了助燃性气体或在助燃性气体介质的压力容器内
31、混入了可燃性气体时，便会在容器内形成一定比例的混合气。当这种混合气体中可燃气体的浓度在一定的爆炸范围内时，在查不出点火源的情况下即会发生燃烧爆炸。混合气爆炸的最大压力约为未爆炸前气体压力的57 倍，最高可达 到9.2倍（乙炔、空气混合气）。浓度接近爆炸上、下限的混合气体爆炸时其最大压力约为爆炸前的 34倍。并且这些压力的升高是在爆炸的一瞬间发生的。这类容器内混合气体爆炸往往是压力容器还未出现明显塑性变形的情况下发生的。这类事故多发生在合成氨生产中的制气生产系统中（特别是带压的重油制气系统）。一种情况是在设备检修后，未将容器内因接受敞开检修而进入容器内的空气置换干净，即通人易燃易爆的生产介质而形
32、成易于爆炸的混合气。另一种情况是重油裂解工序中在高温的裂化炉中通人一定比例的经雾化的重油、中压蒸汽、氧气的混合气，通过裂化反应制取含氢为主带有微量一氧化碳、二氧化碳、甲烷、硫化物等的裂化气。此反应过程若氧气过量，则在容器内或工序容器内形成随时可能爆炸的混合气，导致事故发生。,4 压力容器内出现化学反应失控造成超压 在化工过程中，有许多反应是放热反应，如聚合反应、氧化反应、硝化反应、氯化反应、臭氧反应、磺化反应、酯化反应、中和反应等。这些反应的容器一般都装设有搅拌装置以及夹套或蛇管等冷却装置，以排除反应热，防止容器内压力和温度的过分升高，使反应平稳地进行。但如果投料计量错误、原料不纯、催化剂使用
33、不当或因搅拌、冷却装置故障致使冷却不足，容器内就会聚积反应热，使容器内反应介质的温度逐渐升高。由于温度的升高有时会促使反应温度加快或产生一些副反应，使反应热不断增加和温度急升，气体体积不断增大，形成恶性循环的局面，这就是化学反应失控现象，这种失控造成反应容器内的温度、压力激增，导致容器因超温超压而破坏。,5 液化气体意外受热饱和蒸气压增大而造成压力容器超压 气体受热时温度升高体积膨胀，在密闭容器内则表现为压力升高。对于永久气体的容器，温度升幅不大时，不会引起压力成倍地增长。但液化气体则不同，温度的升高使液体大量气化，使气体体积增大，压力升高而形成新的饱和蒸气压，重新建立气液平衡，液化气体的饱和
34、蒸气压随温度而定，且压力随温度的增长率一般都比永久气体大得多，往往会成倍地增长。以液氨为例，它的饱和蒸气压力在0时为0.429MPa（绝对压力，下同），到20时为0.85 Mpa。30时为1.17MPa，50时则为2.03Mpa。由此可以看出，液氨温度由0 升高到50时，压力的增大3.73 倍，而一般永久气体，在此温度升高的情况下，压力只增加了约18%所以液化气体储罐比较容易因受热而至压力显著升高，严重时会使容器产生较大的塑性变形甚至断裂。,液化气体容器其内部介质意外受热的情况有如下几种。（1）误操作或自动调节装置失灵使容器内液化气体受热。为了工艺上的需要，有些液化气体储罐装设了自动温控调压装
35、置，以使液化气体的蒸气压力始终保持稳定。容器内压力高时，冷却装置自动启动，使容器内的温度和压力下降；容器内压力低时，加热装置自动启动，液化气体温度升高而加速蒸发，使容器内压力随之而升高，到满足工艺需要的范围。如果这种自控装置由于失灵或被误操作，液化气容器就会因受热失控而超压甚至破坏。,（2）容器内高分子单体聚合、放热使饱和蒸气压增大。在用于储装石油化工中的高分子单体储罐、中间反应罐等的液化气体压力容器中，由于高分子单体是具有化学活性的物质，通常在储存时加入阻凝剂使其稳定。若不加阻凝剂或阻凝剂失效，或液态单体中混入酸碱等对聚合具有促进作用的杂质，则高分子单体在容器内就会部分地自动聚合并产生大量的
36、反应热。例如，丁二烯的聚合反应热为1.36*103kj/kg,氯丁烯为6.24*102kj/kg，环氧丙烷为1.30*103kj/kg.些热量将使储罐内液状单体温度升高，饱和蒸气压力增大，严重时会导致储罐破裂。,（3）环境中的意外热源使液化气体受热使饱和蒸气压增大在液化气体储罐中，很多是易燃、易爆介质，如液化天然气、液化石油气等，这些液化气体的储罐、容器若在储罐区或 在运输途中遇上各种原因造成的火灾时，周围灼热的环境使液 化气被加热，罐体或容器内部的液化气体因升温而大量蒸发，压力增大使储罐或容器超压，同时火灾会使储罐上部气相部分的壳体金属在高温下因强度降低促使容器开裂，并随之发生“沸爆”，酿成
37、大火。,（4）低温储存的液化气意外升温使饱和蒸气压增大低温储存液化气体的容器一般都装有隔热装置或制冷装置，如果隔热保温层损坏或由于其他原因的失效，液化气体温度也会受环 境温度的影响而升高，饱和蒸气压力也随之增大。但是由于这 种情况所引起的温度和压力的升高比较缓慢，一般都能及时被 发现，而不致使它的压力增大到容器破裂的程度。,三、安全泄压装置 如前所述，引起压力容器超压的原因较多，也较为常见，除了根据不同的原因，从根本上采取措施消除或减少可能引起压力容器超压的各种因素外，装设安全泄压装置是防止过量超压而发生事故的关键性措施。安全泄压装置的功能是当容器在正常工作压力运行时，保持严密不漏，当容器或系
38、统内介质压力超过额定压力时，该装置能自动泄放部分或全部气体，以防止压力持续升高或威胁到容器的正常使用。安全泄压装置按其结构类型可为如下几种。,1 阀型 阀型安全泄压装置就是常用的安全阀。通过阀的开启排出气体来降低容器内的压力。,（1）优点 仅排泄压力容器内高于额定的部分压力，当容器内压力降至正常操作压力时，即自动关闭。所以，它可以避免一旦出现超压就把容器内气体全部排出而造成浪费和生产中断。本身可重复使用多次。安装调整比较容易,（2）缺点 密封性能差。即使是合格的安全阀，在正常的工作压力下也难免有轻微泄漏。由于弹簧的惯性作用，阀的开放有滞后现象，因此泄压反应较慢。安全阀用于不洁净的气体时，阀口有
39、被堵塞或阀瓣有被粘住的可能。根据以上特点，阀型安全装置适用于介质比较洁净的气体，如介质为空气、水蒸气等的容器，不宜用于介质有剧毒或容器内有可能产生剧烈化学反应而使压力急剧升高的容器,安全阀,一、工作原理：安全阀是通过作用在阀瓣上的两个方向相反的力来使它关闭或开启，从而进行排气泄压的。安全阀基本上是由阀座、阀瓣和加载机构等三个部分组成。阀座与阀体有的是一个整体，有的是组装在一起的，它与容器连通。阀瓣通常连带有阀杆，它紧扣在阀座上。阀瓣上加载机构的大小是可以根据压力容器的规定工作压力来调节的。正常工作状态时，压力容器内压作用于阀瓣上的力与加载机构施加在阀瓣上的力刚好方向相反，大小是加载机构预调好的
40、使其施加在阀瓣上的力小于内压作用于阀瓣上的力。这样两者之间便存在着差值，此时的差值我们称之为正差值，它构成了阀瓣与阀座之间的密封力，使阀瓣在它的作用下紧压着阀座，容器内的气体无法通过安全阀排出。当压力容器内的压力超出了正常工作范围，并达到安全阀的开启压力时，预调好的加载机构施加在阀瓣上的力小于内压（此时的内压P 应为容器正常工作压力P=安全阀开启压力）作用于阀前瓣上的压力，于是阀瓣上方向相反的两力存在着差值，使阀瓣离开阀座，安全阀开启，容器内的气体即通过阀座排出。如果安全阀的排量大于压力容器的安全泄放量，则经过短时间的排放，容器内压力会很快降至正常工作压力。此时内压作用于阀瓣上的力又小于加载机
41、构施加在它上面的力，阀瓣重新压紧阀座，气体停止排出，容器保持正常的工作压力继续运行。所以要达到防止压力容器超压的目的，安全阀的排气量不得小于压力容器的安全泄放量。,二、开启压力与回座压力 一般来说安全阀起跳（开启动作）时容器的内压即为安全阀的开启压力，但它并不是安全阀开始泄放（泄漏）时的压力。同样，安全阀的回座压力是泄放动作完成后阀瓣由起跳状态复位时的压力。它也不是泄放彻底完成之后，安全阀无气泄出时的压力。起跳压力与回座压力不但不是同一压力，且两者往往存在一定的差值，正是这一差值使安全阀有足够的泄放空间（压力空间和时间空间）来确保其泄放量能满足压力容器安全泄放量的要求。要进一步了解安全阀的开启
42、压力及回座压力，必须先弄清安全阀的动作过程。,1 理想动作过程 当容器内的压力为正常工作压力时，阀紧闭不漏；当压力升至某一规定数值时，安全阀立即开启，达到额定的排气量，如图ab 线。随 着气体的大量排出，压力急剧下降，排量逐渐减少，如图中的bc线，当压力降到正常工作压力时，阀瓣在加载机构对其施加的力的作用下突然关闭，如图中cd线；阀瓣一 经关闭即保持密封，再无气体漏出，容器在正常工作压力下继续运行。但是，这仅仅是一个理想的动作过程，在实际中是很难实现的。因为阀瓣在开启前总是先有一段泄漏过程，同时，随着阀瓣的上升，加载机构作用在阀瓣上的力也随之而增大，阀瓣也就不可能突然开启到最大升程，即阀瓣开启
43、后压力仍会有一定增加。,2 实际动作过程与开启回座压力 安全阀的实际动作特性与阀的设计结构有关。结构优良合理的安全阀，阀瓣在开启和关闭时的实际动作可以比较接近理想动作过程。安全阀在有压力的情况下，阀瓣上作用着方向相反的两个力，P1和P2，设P1为阀内气体压力（简称为内压）对阀瓣的作用力，它的方向是使阀瓣离开阀座。P2是方向与此相反的作用力，它包括加载机构对阀瓣所施加的力和阀瓣组件（包括阀杆等）的重力，以及阀出口处背压的作用力。安全阀的阀瓣就是随着这两个力的变化而动作的。,当P2P1 时，在阀瓣与阀座的接触面（密封面）之间就存在接触压力，如果这个压力大于或等于阀的密封面上所必需的密封力，它就保持
44、密封。即安全阀严密不漏的条件是P2-P1=F，F是为保证密封时密封面所必需的压力。它与密封面的面积、密封面的材料及加工精度（光洁程度）有关。随着P1的升高，直至P2-P10，仍存在限制阀瓣动作的力。随着内压升高，P2-P1 越 来越小，在0P2-P1F整个过程，阀仍 处于关闭状态，但动作过程却 是一直有泄漏，如图中的ab线，当内压P1 继续上升，并使P2-P10时，阀瓣即突然开启，泄气量迅速增加，此时的泄气称为 排气，如图中的bc线。这时对应的气体压力即为安全阀的开启压力，或称作整定压力。,由于阀瓣动作上升，若是弹簧式安全阀，则因加载装置中的弹簧等被压缩，于是P2也增大，又会阻碍阀瓣升高，使安
45、全阀虽然开启，但开启高度却仍未能立即达到安全泄放量所需的流通面积时的高度，故此阶段内压力仍略有上升，阀瓣随之而升高的速度也变得稍慢，如图中cd线。当内压升高到一定程度以后即不会继续再增大，此时的压力就是最大压力（图中d点）即为安全阀的排放压力。由于不断排放出气体，当排放量大于压力容器的安全泄放量时，容器内的压力开始下降，但排量却仍保持不变，这是因为安全阀阀瓣在高速流动气体的浮力和惯性作用下仍处于全开状态，如de线。此时安全阀的排气量即为安全阀的额定排放量。经过一段排放以后，由于容器内压力继续下降，阀瓣已不能保持最大开启的支撑力，不再稳定在高位，加之因内压的继续下降，安全阀排放气体的流速明显减慢
46、，造成排气量开始逐步减少，如图中ef线。经继续排放后，阀瓣重新与阀座接触，阀瓣的开启高度为零。此时安全阀的进口压力即为安全阀的回座压力。阀瓣回座后，由于惯性及密封面的影响，仍需要经过一段时间的泄漏，直至复零，才恢复正常工况时的无泄漏密封状态,如图中的gh 线。正是因为以上的动作过程而使安全阀成为开启有滞后现象及泄压反应较慢的安全泄压装置。,三、分类与适用范围 1、按整体结构与加载机构的类型分类 安全阀的种类按整体机构及加载机构的不同可分为重锤杠杆式、弹簧式和脉冲式三种。,(1)重锤扛杆式安全阀 重锤杠杆式安全阀是利用重锤和杠杆来平衡作用在阀瓣上的力，其结构如图31所示，通过调整重锤在杠杆上的位
47、置或改变重锤的质量来调整校正安全阀的开启压力。,重锤式安全阀的特点：结构简单、调整容易且比较准确、所加裁荷不会随阀瓣的升高而显著增大、功作与性能不太受高温的影响。但其结构比较笨重重锤与阀体的尺寸不相称、阀的密封性能对震动较敏感、阀瓣回座时容易偏斜，回座压力比较低有的其至要降到正常工作压力的70才能保持密封。对压力容器的持续正常运行是不利的。重锤杠杆式安令阀宜用于高温场合下特别是锅炉和高温存器上。,（2）弹簧式是利用压缩弹簧的弹力来平衡作用在阀瓣上的力，其结构如图5-4 所示。螺旋圈形弹簧的压缩量可以通过转动它上面的调整螺母来调节，利用这种结构就可以根据需要校正安全阀的开启（整定）压力。,弹簧式
48、安全阀特点：结构轻便紧凑，灵敏度也较高，安装位置不受严格限制，是压力容器最常选用的一种安全阀。另外，因对振动的敏感性差，也可用于移动式压力容器。这种安全阀的缺点是不能迅速开启至畅顺排放，排放泄压滞后性明显。主要原因是施加在阀瓣上的载荷会随着阀的开启而发生变化。因为随着阀瓣的升高，弹簧的压缩量增大，作用在阀瓣上的力也随之增加，所以必须通过内压的继续升高来抵消弹簧因压缩而增加的力，使安全阀有足够的开启高度来确保排气量。这就造成弹簧式安全阀的开启压力略小于排放压力。此外，弹簧还会因长期受高温的影响而导致弹力减小，故高温容器使用时，需考虑弹簧的隔热或散热问题。,（3）脉冲式非直接作用式安全阀，由主阀和
49、脉冲阀构成，如图5-5 所示。脉冲阀为主阀提供驱动源，通过脉冲阀的作用带动主阀动作。脉冲阀具有一套弹簧式的加载机构，它通过管子与装接主阀的管路相通。当容器内的压力超过规定的工作压力时，脉冲阀就会像一般的安全阀一样，阀瓣开启，气体由脉冲阀排出后通过一根旁通管进入主阀下面的空室，并推动活塞。由于主阀的活塞与阀瓣是用阀杆连接的，且活塞的横截面积比主阀瓣面积大，所以在相同的气体压力下，气体作用在活塞上的作用力大于作用在阀瓣上的力，于是活塞通过阀杆将主阀瓣顶开，大量的气体从主阀排出。当容器的内压降至工作压力时，脉冲阀上加载机构施加于阀瓣上的力大于气体作用在它上面的力，阀瓣即下降，脉冲阀关闭，使主阀活塞下
50、面空室内的气体压力降低，作用在活塞上的力再也无法维持活塞通过阀杆去将阀瓣继续顶开，因此主阀跟着关闭，容器继续运行。,脉冲式安全阀特点：主阀压紧阀瓣的力可以比直接作用式安全阀大得多，故阀瓣与阀座之间可以获得较大的密封压力，其密封性能较好。同时也正因为主阀压紧阀瓣的力较大，且在同等条件下加载机构所承担的压紧力比直接作用式安全阀要小得多。相当于同等条件下可以大大地减少加载机构的尺寸，解决了重锤式和弹簧式安全阀不适用于安全泄放量较大的压力容器这一问题。因为口径很大的安全阀如果用杠杆重锤式或弹簧式，要用质量很大的重锤或弹力很大的弹簧，而这两者一般都是有一定的限制的。为了操作方便，杠杆重锤或安全阀重锤的质
